Gènes et nécessité de la régulation
La composition qualitative et quantitative des protéines synthétisées varie constamment en fonction du type tissulaire et du stade de développement de l'organisme. À tout moment, la majeure partie du génome est inactive. En fonction de leur niveau d'activité, les gènes sont divisés en deux groupes :
- Gènes constitutifs (gènes d'entretien, housekeeping genes). Ils fonctionnent en permanence dans toutes les cellules, assurant leurs fonctions vitales de base. Ils codent pour les histones, les protéines ribosomiques, les tubulines, ainsi que les ARNt et ARNr.
- Gènes inductibles (gènes de luxe, luxury genes). Ils ne sont activés que dans des tissus spécifiques ou sous l'influence de l'environnement externe/interne. Ce sont eux qui assurent la spécificité tissulaire.
Cette activité est régulée par des protéines régulatrices spéciales, qui sont codées par des gènes régulateurs.
Classification des facteurs de transcription
Les facteurs de transcription sont divisés en deux grands groupes selon l'universalité de leur action.
1. Facteurs de transcription généraux Ils sont requis pour le fonctionnement de absolument tous les gènes dans n'importe quelle cellule. Leur tâche principale est de reconnaître le promoteur (le plus souvent sa région appelée boîte TATA) et d'y fixer l'enzyme. Par exemple, pour initier l'action de l'ARN polymérase II, un complexe de sept facteurs basiques est nécessaire : TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH et TFIIJ. Les ARN polymérases I et III possèdent également leurs propres jeux spécifiques de facteurs généraux.
2. Facteurs de transcription spécifiques Ces protéines assurent l'expression différentielle, c'est-à-dire qu'elles déterminent quel gène précis doit être activé dans un tissu donné. Elles se lient à des séquences régulatrices spécifiques appelées enhancers.
Le mécanisme de leur action est le suivant :
- Les enhancers peuvent être situés à une distance considérable du promoteur.
- Des protéines spécifiques se fixent sur l'enhancer.
- Le brin d'ADN se recourbe pour former une boucle spatiale.
- Grâce à cette boucle, les protéines de l'enhancer entrent en contact physique avec l'ARN polymérase II au niveau du promoteur, amorçant ainsi le processus.
Domaines fonctionnels
Les facteurs de transcription ont une structure complexe. La molécule d'une telle protéine est généralement divisée en trois parties fonctionnelles (domaines) :
- Domaine de liaison à l'ADN. Il entre en contact direct avec les régions de l'enhancer ou du promoteur.
- Domaine activateur. Il est nécessaire pour l'interaction avec d'autres protéines corégulatrices.
- Domaine de liaison au ligand (de phosphorylation). Il perçoit les signaux d'autres molécules. Par exemple, si le ligand est une hormone stéroïdienne ou sexuelle, il se lie à ce domaine, ce qui entraîne l'activation de la transcription de tout un complexe de gènes dépendants.
Familles de protéines de liaison à l'ADN
Les domaines de liaison à l'ADN reconnaissent les régions cibles parce que leur surface épouse parfaitement le relief de la double hélice d'ADN. En fonction de leurs caractéristiques structurales, on distingue trois motifs principaux :
- Doigts de zinc (Zinc finger). Il s'agit d'une courte boucle peptidique dont la forme est maintenue par un ion zinc (Zn²⁺). Celui-ci lie deux résidus de cystéine d'un côté et deux résidus d'histidine de l'autre. L'hélice de ce « doigt » se loge dans le grand sillon de l'ADN, s'y fixant solidement sur plusieurs tours. Cela modifie la conformation de l'ADN et ouvre l'accès aux enzymes. Ce motif est d'une importance capitale pour le développement embryonnaire.
- Fermetures à leucine (Leucine zipper). Ils constituent un dimère dont les hélices α contiennent l'acide aminé leucine répété strictement toutes les 7 positions. Ils interagissent avec les grands sillons adjacents de l'ADN.
- Hélice-boucle-hélice (Helix-loop-helix). Deux régions hélicoïdales de la protéine sont séparées par une boucle non hélicoïdale, ce qui permet leur dimérisation. Près de ce motif se trouve une région d'acides aminés chargés positivement (basiques). Lors de la formation du dimère, ils sont attiré par l'ADN chargé négativement et déclenchent la transcription.
Gènes hantés (homéotiques)
Les gènes homéotiques sont des gènes codant pour des facteurs de transcription essentiels qui agissent comme des régulateurs clés du développement embryonnaires. Ils contrôlent l'ensemble du programme de formation des organes et des tissus.
Ces régions sont remarquablement conservées et se retrouvent chez tous les animaux, de la drosophile à l'humain. Des mutations dans ces gènes entraînent des anomalies anatomiques catastrophiques. Chez l'humain, par exemple, elles peuvent provoquer un sous-développement dentaire, tandis que chez la drosophile, elles peuvent entraîner la formation de pattes à la place des antennes ou l'apparition de segments corporels supplémentaires pourvus d'ailes.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Quelles anomalies et maladies surviennent chez l'humain en cas de mutations des gènes homéotiques ?
Les mutations (altérations de la structure) des gènes homéotiques entraînent des anomalies dans la formation des structures corporelles.
Chez l'humain, la littérature cite l'exemple suivant : le sous-développement dentaire.
Les mutations homéotiques se manifestent sur le plan phénotypique par la transformation d'organes en d'autres, c'est-à-dire par la transformation de parties du corps.
Pour mémoriser les trois domaines d'un facteur de transcription, utilisez l'acronyme DAL : Domaine de liaison à l'ADN (s'accroche au gène), domaine Activateur (rassemble l'équipe d'assistance), domaine de liaison au Ligand (capte un signal chimique, par exemple une hormone).
Questions des cours et des examens
Quelle est la différence entre les gènes constitutifs et les gènes inductibles ?
Les gènes constitutifs assurent les fonctions de base et fonctionnent en permanence dans toutes les cellules (par exemple, les gènes des protéines ribosomiques). Les gènes inductibles ne sont actifs que dans des tissus spécialisés ou s'activent en réponse à des signaux spécifiques.
Comment un enhancer peut-il influencer un promoteur s'ils sont éloignés l'un de l'autre ?
Lorsque des facteurs de transcription spécifiques se lient à l'enhancer, le brin d'ADN se recourbe en boucle. Grâce à ce rapprochement spatial, les protéines présentes sur l'enhancer peuvent interagir physiquement avec l'ARN polymérase au niveau du promoteur.
Qu'est-ce qu'un « doigt de zinc » ?
Il s'agit d'un motif structural d'une protéine de liaison à l'ADN. Il consiste en une boucle peptidique stabilisée par un ion zinc, qui s'insère dans le grand sillon de la double hélice d'ADN et modifie sa conformation pour initier la transcription.
À étudier également sur le sujet
- Particularités du fonctionnement des ARN polymérases I et III et de leurs facteurs généraux
- Mécanismes de modification post-traductionnelle des protéines matures
- Rôle des gènes homéotiques dans l'embryogenèse humaine
- Régulation hormonale de l'expression génique par l'intermédiaire des domaines de liaison aux ligands
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